[實用新型]一種微納操作裝置

有效

• 申請號: 201520762877.4
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN205021591U
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 閆允杰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/12;B25J13/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本實用新型屬于微納操作裝置技術領域，特別涉及一種體積小、精度高、運動范圍大、適用性廣的微納操作裝置。

背景技術

利用光學顯微鏡或電子顯微鏡可以觀察到材料的表面形貌，其分辨率可達到微米、納米級別。在研究材料表面形貌的同時，近年來材料研究者越來越關注對于所觀察到的微納米材料，利用微操作手進行操控和力學、電學性能等的測試和研究。

用于掃描電鏡的微操作裝置在國際上市場上只有幾個公司的產品，KleindickKanorochnik，KlockeNanotechnik，Omiprobe和Zyvex等公司，其步長達到納米級；國內也有研制，如蘭州大學(CN201210045621.2)、蘇州納米所的納米操控器等。在光學顯微鏡上的微操控器，其步長一般是微米級或亞微米級，生產和研制的廠家或用戶較多，此類微操作器一般尺寸較大。

為實現微操控器的納米操控，通常采用壓電陶瓷驅動技術。早期的壓電陶瓷驅動驅動結構復雜、體型較大、運動尺度大、漂移較大，現在壓電陶瓷線性馬達體積小、精度高、運動范圍大，故采用壓電陶瓷馬達驅動的納米操控器是實現納米操控的最便捷方式。

實用新型內容

針對現有技術不足，本實用新型提供了一種微納操作裝置。

該裝置的X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5，X向壓電陶瓷線性馬達6，第三連接件7，Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8，Z向壓電陶瓷線性馬達9，第四連接件10，Y向壓電陶瓷旋轉馬達旋轉盤11、Y向壓電陶瓷旋轉馬達12和固定件13從上到下依次布置，且相鄰部件之間為剛性連接，延長桿3的一端通過第二連接件4與X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5剛性連接，操作器1通過第一連接件2與延長桿3的另一端剛性連接；操作器1上連接操作器電源20；X向壓電陶瓷線性馬達6和X向驅動電源17之間連接X向壓電陶瓷線性馬達控制器16；Z向壓電陶瓷線性馬達9和Z向驅動電源18之間連接Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15；Y向壓電陶瓷旋轉馬達12和Y向驅動電源19之間連接Y向壓電陶瓷旋轉馬達控制器14；X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉馬達控制器14分別連接至計算機控制系統21。

X向壓電陶瓷線性馬達6由X向壓電陶瓷線性馬達控制器16控制，驅動X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5的運動，通過X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5與操作器1之間的部件，帶動操作器1發生X向步進移動；Z向壓電陶瓷線性馬達9由Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15控制，驅動Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8的運動，通過Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8與操作器1之間的部件，帶動操作器1發生Z向步進移動；Y向壓電陶瓷旋轉馬達12由Y向壓電陶瓷旋轉馬達控制器14控制，驅動Y向壓電陶瓷旋轉馬達旋轉盤11的轉動，通過Y向壓電陶瓷旋轉馬達轉盤11與操作器1之間的部件，帶動操作器1發生Y向步進移動；實現操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時步進移動。

優選地，手動控制X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉馬達控制器14中的一個或多個，實現X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8和Y向壓電陶瓷旋轉馬達旋轉盤11中的一個或多個發生運動，實現操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時步進移動。

優選地，通過計算機控制系統21精準控制X向壓電陶瓷線性馬達控制器16、Z向壓電陶瓷線性馬達控制器15和Y向壓電陶瓷旋轉馬達控制器14中的一個或多個，實現X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8和Y向壓電陶瓷旋轉馬達旋轉盤11中的一個或多個發生運動，實現操作器1的X向、Y向和Z向三自由度的單獨或同時精準步進移動。

上述X向和Z向步進移動的范圍是0.1nm～(5～10)mm，Y向步進移動的范圍是1nm～(5～10)mm。

進一步地，通過改變X向壓電陶瓷線性馬達運動桿5、Z向壓電陶瓷線性馬達運動桿8或延長桿3的長度改變操作器1的空間運動范圍。

所述操作器1為微納探針，對材料進行探測；或所述操作器1為微納注入針，對材料進行注入；或所述操作器1為電信號施加針，對材料施加電壓、電流信號；或所述操作器1為微納刀具，對材料進行微納尺度切割。

所述微納操作裝置放置在真空室內或空氣中進行工作。

本實用新型的有益效果為：